Jednostavni linearni regulator napajanja LED linearne struje, revidiran i pojašnjen: 3 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:04

Ovaj Instructable je u suštini ponavljanje Danovog kruga linearnog regulatora struje. Njegova verzija je, naravno, vrlo dobra, ali nedostaje joj nešto na način da bude jasna. Ovo je moj pokušaj da to riješim. Ako razumijete i možete izgraditi Dan -ovu verziju, moja verzija vam vjerojatno neće reći ništa strašno novo. Međutim … … Dok sam sastavljao vlastiti regulator temeljen na Dan-u, nastavio sam gledati njegove fotografije komponenti i žmirio- koji pin se povezuje na koji drugi pin ?? Je li to povezano s tim ili nije? To je jednostavan krug, naravno, ali ja nisam inženjer elektrotehnike i nisam htio pogriješiti … Jer ako pogriješite, čak i malo, ponekad se stvari pokreću. Dodao sam komponentu: prekidač između pozitivnog voda istosmjernog napajanja i ostatka kruga tako da ga mogu uključiti i isključiti. Nema razloga da ga isključite, a vrlo je zgodan. Ovdje bih također trebao napomenuti na početku: sve što "Dan" tvrdi bilo suprotno, ovaj krug NIJE krajnje pogodan za napajanje LED diode iz izvora napajanja koje je znatno iznad pada napona LED diode. Pokušao sam pokrenuti jednu plavu LED lampicu od 3,2 V na 140 mAh (testirana struja je zapravo bila 133 mAh- vrlo blizu) iz napajanja naznačenog za 9,5 volti, a krajnji rezultat je bio da je u roku od 60 sekundi LED dioda počela treperiti, a zatim na kraju isključio … To je radio nekoliko puta sa sve manjim vremenskim periodima između uključivanja i kvara. Sada se uopće neće uključiti. Rekavši to, također sam već skoro mjesec dana skoro neprekidno upravljao jednom RGB LED velikom snagom koristeći drugo napajanje koje više odgovara padu napona LED-a- tako da ovaj krug može raditi, nekako, ali ne uvijek, svakako nije onako kako je prvobitno obećano i moglo bi vam usput jako pokvariti LED za napajanje. Glas iskustva ovdje kaže da će raditi sve dok zahtjevi vaših LED dioda blisko odgovaraju snazi u voltima koja dolazi iz vašeg izvora napajanja. Ako primijetite treperenje, to znači da LED diode (i) gori/su i već su trajno oštećene. Trebalo mi je šest uništenih LED dioda za napajanje da to shvatim. "Mnogi Botani su poginuli da bi nam donijeli ove podatke …" Opskrba: Ovdje je Dan-ova lista komponenti, riječ po riječ, ali ispravljena za prvu stavku (Dan je greškom dao broj proizvoda 10K ohmskog otpornika, a ne 100K ohma lista sada prikazuje broj za ispravan tip). Dodao sam i veze do stvarnih spomenutih proizvoda:-R1: otprilike 100k-ohmski otpornik (kao što je: Yageo FMP100JR-52-100K) R3: otpornik postavljen na struju-vidi dolje Q1: mali NPN tranzistor (kao što je: Fairchild 2N5088BU) Q2: veliki N-kanalni FET (kao što je: Fairchild FQP50N06L) LED: LED za napajanje (kao što je: Luxeon 1-vatna bijela zvijezda LXHL-MWEC)

- Komponenta sklopke, S1, trebala bi biti ocijenjena naponom istosmjernog napajanja koje ćete koristiti. Na primjer, prekidač od 12 V neće biti dizajniran za napajanje od 18 V. Imajte na umu da se Q2 naziva i MOSFET, nMOSFET, NMOS, n-kanalni MOSFET i n-kanalni QFET MOSFET naizmjenično, Q1 se naziva i NPN bipolarni tranzistor ili NPN BJT. Dan ne ulazi u to šta znači "približno", niti objašnjava koliko daleko možete otići ili na šta će to uticati; niti objašnjava "male" ili "velike" i efekte koje bi oni mogli imati. Nažalost, ne mogu ni ja. Čini se da smo zaglavili pridržavajući se ovih specifičnih komponenti ako ne diplomiramo elektrotehniku. Posebno s obzirom na osjetljivost LED diode, strogo pridržavanje čini se jedino razumnom opcijom.

Što se tiče R3:

Prema Danu, vrijednost za R3 u ohmima mora biti povezana sa strujom na kojoj želite pokretati LED (čija će ograničenja već postaviti proizvođač) tako da željena struja u amperima = 0,5/R3. U takvoj jednadžbi, veći otpor u R3 rezultirat će manjom strujom koja se pokreće kroz LED. Intuitivno, to dovodi do zaključka da bi savršeni otpor (tj. Odsustvo bilo kakvog otpornika) značilo da LED ne bi funkcionirala (0,5/beskonačnost = manje od nule). U stvari, uopće nisam siguran da je to istina, a moji empirijski testovi ovog kola pokazuju da to nije tako. Ipak, ako nastavimo prema Danovom planu, R3 od 5 ohma proizvest će konstantnu struju od 0,5/5 = 0,1 ampera ili 100 miliampera. Čini se da veliki dio LED dioda za napajanje radi oko 350 mAh, pa ćete za njih morati utvrditi vrijednost R3 od oko 1,5 ohma. Za one koji su manje upoznati s otpornicima, imajte na umu da možete ustanoviti da je 1,5 ohma korištenjem kombinacije različitih otpornika paralelno, sve dok vaš konačni kombinirani rezultat bude 1,5 oma otpora. Na primjer, ako koristite dva otpornika, vaša vrijednost R3 bit će jednaka vrijednosti otpornika 1 pomnoženoj s vrijednošću otpornika 2, a proizvod podijeljen s ukupnim brojem R1+R2. Još jedan primjer: 1 otpornik od 5 ohma kombiniran paralelno s drugim od, recimo, 3 ohma, daje (5x3)/(5+3) = 15/8 = 1,875 ohma što bi rezultiralo konstantnom strujom u ovom krugu od 0,5/1,875 = 0,226 ampera ili 266 mAh.

Otpornici su ocijenjeni za različite sposobnosti rasipanja energije. Mali otpornici mogu rasipati manje energije od većih jer se veći neće tako brzo spaliti ako kroz njih prođe previše struje. U ovom krugu ne možete koristiti površinski montirani otpornik jer ne može podnijeti rasipanje energije. Takođe, nećete moći pronaći "preveliki" otpornik. Veći/ fizički veći otpornici mogu izdržati više snage od manjih. Veći mogu koštati više i zauzeti će više prostora, ali troškovi su obično zanemarivi (svaki pokvareni stereo uređaj ima stotinu otpornika u sebi s velikim nazivima snage), a razlika u prostoru je reda veličine kubnih milimetara, pa budite oprezni i upotrijebite najveće otpornike koje možete pronaći. Možete odabrati jedan premali, ali nemoguće je odabrati jedan prevelik.

Imajte na umu da ako slučajno imate pri ruci neku nichrome žicu visokog otpora, vjerojatno ćete je odrezati na duljinu koja će odgovarati vašim potrebama otpora, a da ne morate petljati s više otpornika. Trebat će vam merač ohma da biste provjerili stvarnu vrijednost otpora i imajte na umu da vjerovatno postoji određeni stupanj otpora (možda čak 1 ohm) između dvije žice vašeg ohmmetra: provjerite ovo najprije do dodirujući ih zajedno i pogledajte što uređaj čita, onda to uzmite u obzir kada odredite koliko ćete nichrome žice koristiti (ako otkrijete otpor od 0,5 ohma kada zajedno dodirnete žice svog ohmskog mjerača i morate prekinuti sa, recimo, 1,5 ohma otpora na vašoj nichrome žici, tada vam je potrebna ta žica da "izmjerite" otpor od 2,0 ohma za vas na Ohm mjeraču).

Alternativno, postoji i način da upotrijebite malo nikromirane žice za dovršetak ovog kruga čak i za LED čiju nazivnu struju ne poznajete! Nakon što je vaš krug dovršen, ali mu nedostaje R3, upotrijebite dužinu nikromirane žice koja je definitivno duža od potrebne količine otpora za barem centimetar ili dva (što je deblja ova žica, to će vam komad biti duži. Zatim uključite krug- ništa se neće dogoditi. Sada pričvrstite električnu bušilicu na sredinu U od nichrome žice tako da će tijekom uvrtanja bušilice početi omotati žicu oko svrdla. POLAKO uključite bušilicu. Ako svi ostali dijelovi strujnog kruga ispravno spojeni, LED će se uskoro uključiti vrlo slabo i postat će sve svjetliji kako se žica skraćuje! Zaustavite se kad je svjetlo jako- ako žica postane prekratka, LED će izgorjeti. Nije ' Nije nužno lako procijeniti kada je ovaj trenutak dosegnut, pa ćete ovom tehnikom riskirati.

Što se tiče hladnjaka: Dan također spominje moguću važnost hladnjaka za ovaj projekt i potrebu za vanjskim istosmjernim napajanjem između 4 i 18 volti (očito pojačala nisu bitna za ovo napajanje, iako ja to ne znam za izvesno). Ako koristite LED za napajanje, trebat će vam neka vrsta rashladnog tijela priključenog na njega, a vjerovatno će vam trebati i jedan izvan opsega jednostavne aluminijske "zvijezde" sa krilcima koja se isporučuje s mnogim Luxeon LED diodama. Hladnjak će vam trebati samo za Q2 ako koristite više od 200 mAh snage kroz svoj krug i/ ili je razlika napona između vašeg istosmjernog napajanja i kombinirani "pad" napona vaših LED dioda "veliki" (ako je razlika je više od 2 volta, svakako bih koristio hladnjak). Najefikasnija upotreba bilo kojeg hladnjaka također zahtijeva upotrebu male količine termalne masti (Arctic Silver se smatra vrhunskim proizvodom): očistite hladnjak i tijelo MOSFET -a/ LED -a alkoholom, razmažite glatku površinu, čak i TANI sloj termalne masti po svakoj površini (volim koristiti oštricu noža X-acto za apsolutno glatke, najravnije i najtanje rezultate), zatim pritisnite površine zajedno i pričvrstite ih jednim ili više vijaka na odgovarajuće mjesto. Alternativno, postoji nekoliko vrsta termotraka koje će također poslužiti u istu svrhu. Evo nekoliko prikladnih opcija za hladnjak i napajanje za tipično postavljanje s jednom LED diodom (zapamtite, možda će vam trebati dva hladnjaka- jedan za LED i jedan za MOSFET- u mnogim postavkama): Hladnjak Napajanje napajanjem

Što se tiče izvora napajanja: Brza napomena u vezi s izvorima napajanja: gotovo svi izvori napajanja negdje na pakiranju navode koliko će volti i pojačala moći isporučiti. Međutim, broj volti je gotovo univerzalno potcijenjen i gotovo sva napajanja zapravo isporučuju određenu količinu napona veću od one koja je navedena na njihovom pakiranju. Iz tog razloga, bit će važno testirati bilo koje napajanje koje tvrdi da isporučuje volte blizu gornjeg dijela našeg spektra (tj. Blizu 18 volti) kako bi bili sigurni da zapravo ne isporučuje previše energije (vjerojatno bi bilo 25 volti premašiti projektna ograničenja našeg kruga). Srećom, zbog prirode kruga, ovo prenaglašavanje napona obično neće predstavljati problem jer krug može upravljati širokim rasponom napona bez oštećenja LED -a.

Korak 1: Kreirajte rashladne elemente

Ako će vam za Q2 trebati hladnjak, možda ćete morati izbušiti rupu u tom hladnjaku kako biste provukli vijak kroz veliku rupu u tijelu MOSFET -a. Nema potrebe za egzaktnim vijkom sve dok vaš vijak može proći kroz otvor za MOSFET, glava vijka je veća (samo neznatno) od ove rupe, a promjer rupe koju stvorite u hladnjaku je nije mnogo manji od promjera cilindra vijka. Općenito, ako koristite burgiju čiji je promjer blizu, ali je nešto manji od promjera cilindra vašeg vijka, nećete imati poteškoća s pričvršćivanjem MOSFET -a na hladnjak. Navoji na većini čeličnih vijaka su više nego dovoljno jaki da se izrežu u hladnjak (pod uvjetom da je aluminij ili bakar) i na taj način "stvore" potrebnu rupu s navojem. Bušenje u aluminij treba obaviti s nekoliko kapi vrlo tankog mašinskog ulja na vrhu svrdla (poput 3-u-jednom ili ulja za šivaću mašinu), a bušilicu pritisnuti uz lagani čvrsti pritisak na oko 600 o / min i 115 in-lbs okretnog momenta (ova Black & Decker bušilica ili nešto slično dobro će funkcionirati). Budite oprezni: ovo će biti vrlo mala, plitka rupa i vaša vrlo tanka svrdla mogu se slomiti ako se predugo na nju primjenjuje preveliki pritisak! Napominjemo dobro: "tijelo" Q2 električno je spojeno na "izvorni" pin Q2- ako bilo što u vašem krugu dotakne ovaj hladnjak osim tijela MOSFET-a, možete stvoriti električni kratki spoj koji bi mogao ugasiti vašu LED. Razmislite o tome da pokrijete stranu hladnjaka okrenutu prema vašim žicama slojem električne trake kako se to ne bi dogodilo (ali nemojte zatvarati hladnjak više od ovoga nego što je potrebno, jer je njegova svrha premještanje topline s MOSFET -a na okolni zrak-- električna traka je izolator, a ne vodič, toplinske energije).

Korak 2: Krug

Evo što trebate učiniti da biste stvorili ovo kolo:

* Lemite pozitivnu žicu vašeg izvora napajanja na pozitivni čvor vaše LED diode. Takođe lemite jedan kraj 100K otpornika na istu tačku (pozitivni čvor na LED).

* Drugi kraj tog otpornika lemite na GATE pin MOSFET -a i na COLLECTOR pin manjeg tranzistora. Da ste zalijepili dva tranzistora i da vam je metalna strana MOSFET-a okrenuta od vas sa svih šest tranzistorskih pinova usmjerenih prema dolje, pin GATE i COLLECTOR su PRVA DVA PINA tih tranzistora- drugim riječima, lemite dva krajnja lijeva pina tranzistora zajedno i lemite ih na nevezani kraj 100K otpornika.

* Spojite srednji pin MOSFET -a, DRAIN pin, na negativni čvor LED -a žicom. Ništa više neće biti pričvršćeno na LED.

* Spojite BASE iglu malog tranzistora (tj. Srednju iglu) na pin SOURCE MOSFET -a (koji je njegov krajnji desni pin).

* Spojite EMITTER pin (krajnji desni pin) manjeg tranzistora na negativnu žicu vašeg izvora napajanja.

* Spojite isti pin na jedan kraj R3, vašeg otpornika po izboru za potrebe vaše LED diode.

* Spojite DRUGI kraj tog otpornika na prethodno spomenuti BASE pin/ SOURCE pin na oba tranzistora.

Sažetak: sve ovo znači da povezujete srednji i krajnji desni pin malih tranzistora jedan preko drugog preko otpornika R3, a tranzistore međusobno povezujete dva puta direktno (GATE na KOLEKTOR, IZVOR na BAZU) i još jednom indirektno putem R3 (EMITTER TO SOURCE). Srednji pin MOSFET -a, DRAIN, nema ništa drugo osim povezivanja na negativni čvor vaše LED diode. LED se spaja na vašu ulaznu žicu za napajanje i na jedan kraj R1, 100K otpornik (drugi čvor LED -a je spojen na DRAIN pin, kako je upravo spomenuto). Pin EMITTER spaja se izravno na negativnu žicu vašeg izvora napajanja, a zatim se petlje vraća na sebe (na svom BASE pinu) i na MOSFET treći i posljednji put putem R3 otpornika koji se također spaja direktno na negativnu žicu napajanje. MOSFET se nikad ne povezuje izravno na negativne ili pozitivne žice napajanja, ali se povezuje na oba od njih preko svakog od dva otpornika! Nema otpornika između trećeg pina tranzistora, njegovog EMITTER-a i negativne žice napajanja- on se izravno povezuje. Na drugom kraju postavljanja, dolazno napajanje se spaja direktno na LED, iako možda ispumpava previše energije (u početku) da ne izgori tu LED: dodatni napon koji bi napravio ovu štetu je u toku usmjereni natrag kroz otpornik od 100K i kroz naše tranzistore koji će ga držati pod kontrolom.

Korak 3: Uključite ga: Riješite probleme ako je potrebno

Nakon što su rashladni elementi priključeni i vaši lemni spojevi čvrsti i sigurni ste da su vaše LED diode ispravno orijentirane i da ste ispravne žice spojili na ispravne žice, vrijeme je za uključivanje DC napajanje i okrenite prekidač! U ovom trenutku vjerovatno će se dogoditi jedna od tri stvari: LED diode će zasvijetliti prema očekivanjima, LED diode će kratko zasvijetliti, a zatim će se zamračiti, ili se ništa neće dogoditi. Ako dobijete prvi od ovih ishoda, čestitamo! Sada imate radni krug! Neka vam traje jako dugo. Ako dobijete rezultat #2, upravo ste pregoreli LED diode i morat ćete početi ispočetka s potpuno novim (i morat ćete ponovno procijeniti svoj krug i otkriti gdje ste pogriješili, vjerovatno pogrešno povezivanje ili propuštanje 2 žice koje ne biste trebali imati). Ako dobijete rezultat #3, onda nešto nije u redu s vašim krugom. Isključite ga, isključite napajanje istosmjernom strujom i pređite preko veze putem veze kako biste bili sigurni da ste ispravno priključili svaki provodnik i da su sve LED diode pravilno usmjerene unutar kruga. Također razmislite o dvostrukoj provjeri poznate miliamp vrijednosti vaših LED -ova i provjerite da li će vrijednost koju ste odabrali i koristite za R3 osigurati dovoljno struje za pogon. Dvaput provjerite vrijednost R1 i provjerite je li 100k ohma. Konačno, možete testirati Q1 i Q2, ali metode za to su izvan opsega ovog uputstva. Opet: najvjerojatniji razlozi zbog kojih se svjetlo ne pojavljuje su sljedeći: 1.) vaše LED diode nisu/ nisu pravilno orijentirane- provjerite orijentaciju pomoću multimetra i po potrebi se orijentirajte; 2.) negdje u vašem krugu imate labavi lemni spoj- uzmite lemilicu i ponovo lemite sve veze koje bi mogle biti labave; 3.) negdje u krugu imate ukrštenu žicu- provjerite sve žice na kratke spojeve i odvojite sve koje bi se mogle dodirivati- potrebna je samo jedna sićušna labava bakrena žica da bi došlo do kvara na krugu; 4.) vaš R3 je previsoke vrijednosti da bi omogućio rad LED-a- razmislite o zamjeni sa otpornikom manjeg otpora ili malo skratite nichrome žicu; 5.) vaš prekidač ne uspijeva zatvoriti provjeru strujnog kruga pomoću multimetra i popraviti ga ili zamijeniti; 6.) ako ste prethodno oštetili LED (ove) ili neku drugu komponentu na dijagramu: a.) Ako niste koristili odgovarajuće velike otpornike (tj. Otpornik dovoljne snage- R3 bi trebao biti najmanje 0,25 vat otpornik) ili dovoljno veliki hladnjak za Q2 ili za vaše LED diode (i Q2 i vaše LED diode brzo su izložene potencijalnim toplinskim oštećenjima ako nisu spojene na hladnjake prije nego što uključite krug), ili; b.) ukrštanje žica i slučajno oštećenje vaše LED diode (ovo je obično popraćeno nanošenjem smrdljivog dima); ili 7.) koristite Q1 ili Q2 koji nisu ispravni za ovo kolo. Nijedna druga vrsta otpornika nije poznata kompatibilna zamjena za ove dvije komponente- ako pokušate stvoriti ovo kolo od drugih vrsta tranzistora, trebali biste očekivati da krug neće raditi. Volio bih da mogu odgovoriti na tehnička pitanja u vezi s izgradnjom LED sklopova i upravljačkih programa, ali kao što sam već rekao, nisam stručnjak i većina onoga što vidite ovdje već je pokriveno u drugom uputstvu koje je napisao netko tko zna više o ovom procesu nego ja. Nadam se da je ono što sam vam ovdje dao barem jasnije i eksplicitnije od ostalih sličnih instrukcija dostupnih na ovoj web stranici. Sretno!

Ako vaše kolo radi, čestitamo! Prije nego što projekt nazovete gotovim, uklonite preostali fluks iz lemnih spojeva alkoholom za trljanje ili drugim prikladnim otapalom, poput toluena. Ako dopustite da fluks ostane na vašem krugu, on će nagrizati vaše iglice, oštetiti njihovu nichrome žicu (ako je koristite) i čak može oštetiti vašu LED diodu s obzirom na dovoljno vremena. Flux je odličan, ali kad završite s tim, mora ići! Također budite sigurni da ste, međutim, svjetlo postavili na rad, da neće postojati šansa da se bilo koja od njegovih žica slučajno dodirne ili raspadne prilikom korištenja ili pomicanja kruga. Veliki snop vrućeg ljepila može se upotrijebiti kao neka vrsta smjese za sadnju, ali stvarna smjesa za sadnju bila bi bolja. Nezaštićeni krug koji se koristi za bilo što sklon je kvaru ako ima dovoljno vremena, a lemni spojevi ponekad nisu tako stabilni koliko bismo željeli misliti da jesu. Što je vaš konačni krug sigurniji, to ćete više koristiti!